plytki_drukowane_w_domu-3.pdf

N O T A T N I K P R A K T Y K A

Prototyp w godzinę

− precyzja niemal przemysłowa

Płytki drukowane w domu, część 3

Trawienie

SpoúrÛd ca³ej gamy k¹pieli

przeznaczonych do trawienia

miedzi na p³ytkach PCB, w†wa-

runkach amatorskich na uwagÍ

zas³uguj¹ trzy ich rodzaje:

- RoztwÛr chlorku øelazowego

(FeCl 3 ) o†stÍøeniu 28...42%

(wagowo) z†ewentualnym do-

datkiem do 5% kwasu solne-

go (HCl). Chlorek øelazowy

mimo swojej niekwestionowa-

nej popularnoúci ma kilka is-

totnych wad, m.in. wykonana

z†niego k¹piel wymaga inten-

sywnego mieszania usuwaj¹ce-

go powstaj¹cy osad, a†jej nie-

przezroczystoúÊ utrudnia wi-

zualn¹ kontrolÍ postÍpu tra-

wienia. Do tego naleøy jeszcze

dodaÊ legendarn¹†zdolnoúÊ do

tworzenia nieusuwalnych

plam.

- K¹piele kwaúne z³oøone z†kwa-

su siarkowego (H 2 SO 4 ) lub sol-

nego (HCl) z†dodatkiem perhyd-

rolu (30% nadtlenek wodoru,

H 2 O 2 ). Mieszaniny te nadaj¹ siÍ

do trawienia p³ytek precyzyj-

nych, s¹ rÛwnieø stosunkowo

³atwe do zestawienia w†warun-

kach amatorskich. Niestety ze

wzglÍdu na ma³¹ trwa³oúÊ nie

nadaj¹ siÍ do przechowywania.

- RoztwÛr nadsiarczanu amonu

(NH 4 ) 2 SO 4 . Ze wzglÍdu na ma-

³¹ agresywnoúÊ k¹piel nadaje

siÍ praktycznie do wszystkich

rodzajÛw pokryÊ ochronnych,

a†zarazem pozwala na trawie-

nie p³ytek o†wysokiej jakoúci.

W†przemyúle jest obecnie sto-

sowana rzadko, ze wzglÍdu na

trudnoúci z†regeneracj¹ i†odzys-

kiem miedzi z†roztworu, co ma

jednak niewielkie znaczenie

W†trzeciej, ostatniej czÍúci cyklu

przedstawiamy zagadnienia zwi¹zane

z†trawieniem p³ytek drukowanych oraz - jest

to namacalny dowÛd na duøe moøliwoúci

opisywanej metody - wyniki osi¹gniÍte

podczas prac prototypowych. Zapraszamy!

w†warunkach amatorskich. We-

d³ug receptury podanej w†[1]

stÍøenie nadsiarczanu amonu

powinno wynosiÊ 200...300 g/

dm 3 . åwieøy roztwÛr jest bez-

barwny, a†w†miarÍ zuøywania

stopniowo przybiera barwÍ in-

tensywnie niebiesk¹. DziÍki

dobrej trwa³oúci moøe byÊ wy-

korzystany praktycznie do koÒ-

ca, a†stosunkowo niska cena

g³Ûwnego sk³adnika rÛwnieø

zachÍca do stosowania w†wa-

runkach amatorskich. Ze

wzglÍdu na szybkoúÊ trawienia

zaleca siÍ podgrzewanie k¹pie-

li do temperatury ok. 40 o C.

Naleøy jednak wspomnieÊ

o†pewnym istotnym szczegÛle.

OtÛø wed³ug receptury, do sta-

bilnej pracy k¹pieli zalecana jest

domieszka katalizatora (chlorek

Elektronika Praktyczna 8/2003

N O T A T N I K P R A K T Y K A

m - czyli

ok. 1,4 mils. Z†drugiej strony, je-

øeli porÛwnamy uzyskane szero-

koúci úcieøek z†wymiarami nomi-

nalnymi (projektowymi), to mo-

øemy stwierdziÊ, øe†poszerzenie

na skutek rozp³yniÍcia tonera

i†zwÍøenie powsta³e w†efekcie

podtrawienia kompensuj¹ siÍ

wzajemnie, a†finalna szerokoúÊ

niewiele odbiega od za³oøonej.

Ciekawego porÛwnania dostar-

cza fot. 16 . Zestawiono na niej

fragment mozaiki z³oøonej z†rÛw-

noleg³ych úcieøek o†szerokoúci

6†mils wykonanych w†rÛønych

technologiach. Pocz¹wszy od gÛ-

ry moøemy zobaczyÊ wydruk

maski (600 dpi) na papierze kre-

dowym (a) i†úcieøki uzyskane za

jej pomoc¹ (b) oraz rezultaty

technologii przemys³owej z†mas-

k¹ fotopolimerow¹ (c) oraz

z†mask¹ metaliczn¹ Sn-Pb (d).

Technologie przemys³owe gwa-

rantuj¹ niemal idealn¹ powtarzal-

noúÊ i†jakoúÊ krawÍdzi niedostÍp-

n¹ dla mozaiki transferowanej

z†wydruku 600 dpi. Jednak

z†drugiej strony zwrÛÊmy uwagÍ

na zaskakuj¹c¹ prÛbkÍ (d), gdzie

z†nominalnej szerokoúci úcieøek

pozosta³o jedynie ok. 2†mils.

oka. Jednak daje on pewn¹ orien-

tacjÍ co do potencjalnych moøli-

woúci technologii ìkredowejî.

OprÛcz minimalnej szerokoúci

úcieøek, drugim waønym para-

metrem s¹ minimalne separacje

gwarantuj¹ce unikniÍcie zwarÊ.

Wykonane specjalnie w†tym celu

prÛbki testowe sk³ada³y siÍ

z†rzÍdu rÛwnoleg³ych úcieøek

o†stopniowo rosn¹cych odstÍ-

pach. Na fot. 18 pokazano frag-

ment prÛbki z³oøonej ze úcieøek

o†nominalnej szerokoúci 6†mils.

Liczby na rysunku oznaczaj¹ od-

stÍpy pomiÍdzy osi¹ úcieøki cen-

tralnej a†osiami jej najbliøszych

s¹siadÛw. Jak moøna zauwaøyÊ,

w†miarÍ oddalania stopniowo za-

nikaj¹ oddzia³ywania miÍdzy s¹-

siaduj¹cymi elementami mozaiki.

Zapewnienie odstÍpu 6†mils

w†zasadzie gwarantuje, øe pomiÍ-

dzy s¹siaduj¹cymi elementami

Fot. 14. Trawiarka napełniona roztworem B327. Na dnie wi−

doczne są dwie grzałki akwaryjne, a z tyłu − kurtyna pęcherzy−

ków powietrza powodująca intensywne a jednocześnie równo−

mierne mieszanie roztworu. Pojemność robocza zbiornika wy−

nosi ok. 2,5...3 dm 3

rtÍci (II) HgCl 2 o†stÍøeniu 8†mg/

dm 3 ). O†ile ca³kowita iloúÊ i†stÍ-

øenie katalizatora zawartego

w†k¹pieli s¹ stosunkowo niewiel-

kie (dopuszczalne stÍøenie rtÍci

w†úciekach zrzucanych do kana-

lizacji komunalnej nie moøe

przekraczaÊ†0,1 mg Hg/dm 3 ), to

operowanie stÍøonymi zwi¹zka-

mi rtÍci podczas przygotowania

roztworu wymaga zachowania

specjalnych úrodkÛw ostroønoúci.

DostÍpny w†handlu Wytra-

wiacz Drobnokrystaliczny B327 ,

mimo braku na opakowaniu ja-

kichkolwiek informacji o†jego

sk³adzie, jest najprawdopodob-

niej mieszanin¹ sporz¹dzon¹ na

bazie nadsiarczanu amonu lub

nadsiarczanu sodu. W†chwili

obecnej moøna go uznaÊ za je-

den z†najwygodniejszych i†³atwo

dostÍpnych preparatÛw do tra-

wienia miedzi. Za jego stosowa-

niem przemawia m.in. to, øe nie

narusza resztek pow³oki kredo-

wej, a†takøe komfort wynikaj¹cy

z†klarownoúci k¹pieli.

Na fot. 14 pokazano wygl¹d

amatorskiej trawiarki nape³nionej

czÍúciowo zuøytym roztworem

B327. Umieszczone na jej dnie

grza³ki akwariowe wraz z†regula-

torem utrzymuj¹ temperaturÍ

k¹pieli na poziomie ok.

40...42 o C, natomiast widoczna

z†ty³u rurka napowietrzaj¹ca wy-

twarza kurtynÍ pÍcherzykÛw po-

wietrza powoduj¹c¹ intensywne

i†rÛwnomierne mieszanie roztwo-

ru. Czas trawienia miedzi

o†gruboúci 35

Mycie i†zabezpieczenie

p³ytki

Po wyjÍciu p³ytki z†trawiarki

pozostaje juø tylko zmycie maski

ochronnej. Polimerowy toner daje

siÍ ³atwo usun¹Ê za pomoc¹ po-

pularnych rozpuszczalnikÛw†orga-

nicznych np. acetonu lub (lepiej)

rozpuszczalnika Nitro. Jak siÍ jed-

nak zd¹øy³em przekonaÊ, po zmy-

ciu tonera na powierzchni miedzi

pozostaje cienka, woskowata war-

stewka mog¹ca skutecznie uprzyk-

rzyÊ pÛüniejsze lutowanie. Dlate-

go przed pokryciem p³ytki wars-

tw¹ topnika warto ostatni raz

przeszlifowaÊ j¹ pod bieø¹c¹ wo-

d¹ za pomoc¹ bardzo drobnego

papieru úciernego (>1000).

m wynosi w†ta-

kich warunkach przeciÍtnie

12...15 minut.

Na fot. 15 przedstawiono wy-

gl¹d úcieøek o†nominalnej szero-

koúci 6†mils, po wytrawieniu

i†czÍúciowym mechanicznym

usuniÍciu maskuj¹cego je tonera.

KrawÍdzie maski tworz¹ prze-

Fot. 15. Podtrawienie krawędzi ścieżek. Na zdjęciu − ścieżki

6 mils po wytrawieniu i mechanicznym usunięciu części pokry−

cia maskującego. Widoczne “okapy” powstały na skutek roz−

puszczenia miedzi pod krawędzią tonera. Zwróćmy uwagę, że

rozlanie tonera i podtrawienie kompensują się wzajemnie,

dzięki czemu finalna szerokość scieżek niewiele różni się od

zamierzonej

Rezultaty

Po szczegÛ³owym przedstawie-

niu metody nadesz³a pora na

prezentacjÍ i†omÛwienie uzyska-

nych wynikÛw. Licytuj¹c swoje

osi¹gniÍcia w†wytwarzaniu domo-

wych PCB, najchÍtniej podajemy

minimalne uzyskane szerokoúci

úcieøek. Na fot. 17 przedstawio-

no prÛbÍ oceny metody wed³ug

tego w³aúnie kryterium. Jak wi-

daÊ, úcieøka o†nominalnej szero-

koúci 4†mils zachowa³a†elektrycz-

n¹ ci¹g³oúÊ. Oczywiúcie nie na-

mawiam nikogo do realizacji ta-

kich projektÛw, a†sam test nale-

øy potraktowaÊ z†przymruøeniem

Fot. 16. Ścieżki 6 mils w róż−

nych wykonaniach: wydruk

600 dpi na papierze kredo−

wym (a); termotransfer z pa−

pieru kredowego (b); techno−

logia profesjonalna z maską

fotopolimerową (c); technolo−

gia profesjonalna z maską

metaliczną Sn−Pb (d). Wyko−

nania profesjonalne zapew−

niają znacznie lepszą równo−

mierność ścieżek niż metoda

termotransferowa, ale nie bez

niespodzianek − w ostatniej

próbce (maska SnPb) ze

ścieżek o projektowanej szero−

kości 6 mils zostało zaledwie

ok. 2 mils

Elektronika Praktyczna 8/2003

wieszone okapy, natomiast ukry-

te pod nimi úcieøki uleg³y pod-

trawieniu na g³ÍbokoúÊ porÛwny-

waln¹ z†gruboúci¹ warstwy mie-

dzi. Wszystkie prÛbki prezento-

wane w†artykule zosta³y†wykona-

ne na standardowych laminatach

o†gruboúci miedzi 35

N O T A T N I K P R A K T Y K A

Fot. 17. 6 mils... 5 mils... 4 mils... Gdzie leży granica? Ścieżka

4 mils mimo wyraźnych głębokich przewężeń zachowała ciąg−

łość i nienaruszoną górną płaszczyznę

mozaiki nie wyst¹pi¹ zwarcia

wynikaj¹ce ze zbyt bliskiego s¹-

siedztwa.

Kolejne zdjÍcia prezentuj¹

przyk³ady struktur, z†jakimi

moøna siÍ spotkaÊ w†rzeczywis-

tych projektach. S¹ to przejúcia

úcieøek pod standardowymi el-

mentami w†obudowach SMD:

0805 ( fot. 19 ) i†SOT-23 ( fot. 20 )

oraz trzy úcieøki o†szerokoúci

6†mils ( fot. 21 ) przeprowadzone

pomiÍdzy polami lutowniczymi

uk³adu scalonego w†obudowie

DIP (pola o†nominalnej úrednicy

62 mils w†rozstawie 100 mils).

Rozpoczynaj¹c artyku³ wspo-

mnia³em o rosn¹cym zapotrzebo-

waniu na precyzyjne, amatorskie

PCB, wynikaj¹cym z†silnego d¹øe-

nia producentÛw do miniaturyza-

cji obudÛw. Na fot. 22 pokazano

fragment p³ytki drukowanej

z†przylutowanym uk³adem w†obu-

dowie QFP208 z†wyprowadzenia-

mi w†rastrze 0,5 mm. Jakkolwiek

nie widaÊ tego na zdjÍciu, to mo-

gÍ zapewniÊ, øe wszystkie pozo-

sta³e wyprowadzenia zosta³y przy-

lutowane do poprawnych pÛl†lu-

towniczych wytrawionych bez

zwarÊ i†istotnych ubytkÛw.

Opisy - warstwy

Overlay

Na zakoÒczenie wspomnÍ

o†jeszcze jednym zastosowaniu

metody termotransferowej. Kosz-

tem dodatkowych kilku minut

pracy moøemy nanieúÊ na p³yt-

kÍ opis elementÛw (warstwy

BottomOverlay i† TopOverlay )

znakomicie u³atwiaj¹cy pÛüniej-

szy montaø ( fot. 23 ). Poniewaø

Fot. 18. Ścieżki 6 mils w zmiennych odstępach. Liczby oznacza−

ją odległość w milsach pomiędzy osią ścieżki centralnej

a osiami jej najbliższych sąsiadów. Zachowanie ok. 6 mils se−

paracji wystarcza do wyeliminowania zwarć

Elektronika Praktyczna 8/2003

N O T A T N I K P R A K T Y K A

Fot. 19. Pojedyncza ścieżka (kolejno o szerokości: 10, 12, 15

mils) przeprowadzona pomiędzy polami elementu SMD0805

toner po zmyciu kredy przyjmu-

je nieciekaw¹ szarosin¹ barwÍ,

a†zarazem od warstwy opisowej

nie oczekujemy idealnej szczel-

noúci krycia, to tym razem mo-

øemy znacznie uproúciÊ techno-

logiÍ. Zamiast k¹pieli i†ømudne-

go zmywania kredy, po prostu

odrywamy papier na gor¹co,

jeszcze przed zdjÍciem p³ytki

z†øelazka. Wprawdzie znaczna

czÍúÊ wydruku pozostanie na

papierze, to jednak reszta prze-

niesiona na p³ytkÍ i†tak zapewni

dobry kontrast oraz czytelnoúÊ

znakÛw nawet o†wysokoúci za-

ledwie 40 mils.

w†dowolnym punkcie formatki

o†rozmiarach znacznie wiÍkszych

niø osi¹galne w†metodzie ìøelaz-

kowejî. Jednak i†ta metoda ma

swoje niezaprzeczalne zalety.

Jakkolwiek zaprezentowa³em

liczne przyk³ady wykonania

úcieøek o†szerokoúci 6†mils, to

jednak nie wyobraøam sobie np.

poprowadzenia w†ten sposÛb

magistrali 32 * 6†mils wzd³uø

ca³ej eurokarty. Jednak jak naj-

bardziej realne wydaje siÍ siÍg-

niÍcie po wymiar 6†mils w†kry-

tycznych punktach projektu, czy

teø np. wyprowadzenie úcieøek

spod obudowy o†rastrze 0,65

mm czy nawet 0,5 mm. Zw³asz-

cza øe w†realizacjach amators-

kich moøna sobie pozwoliÊ na

kaødorazowe dok³adne obejrze-

nie przetransferowanej maski

i†ewentualne poúwiÍcenie dodat-

kowych 20 minut na retusz lub

zmycie tonera i†kolejne prasowa-

nie. SzybkoúÊ dzia³ania i†to mi-

mo czasu jaki trzeba poúwiÍciÊ

na ewentualne poprawki stanowi

drugi niebagatelny atut metody.

Bior¹c pod uwagÍ, øe na wyko-

nanie p³ytki jednostronnej po-

trzeba nie wiÍcej niø 50...60 mi-

nut (oczywiúcie nie licz¹c wier-

cenia), moøna siÍ pokusiÊ o†wy-

konywanie p³ytek drukowanych

ad hoc , do kolejnych wersji uru-

chamianego prototypu.

Przede wszystkim jednak za-

chÍcam do eksperymentÛw.

Prawdopodobnie spore moøli-

woúci tkwi¹ jeszcze w†wykorzys-

taniu coraz powszechniejszych

drukarek 1200 dpi a†takøe w†po-

szukiwaniu innych materia³Ûw

do wydruku. Przypomnijmy -

szukamy noúnika o†g³adkiej po-

wierzchni, odpornego na tempe-

raturÍ druku i†prasowania a†zara-

zem usuwalnego w†wodzie lub

innym rozpuszczalniku obojÍt-

nym wobec tonera.

Wachlarz zagadnieÒ zwi¹za-

nych z†amatorskimi PCB jest do-

syÊ szeroki, a†kilka z†nich zosta-

³o jedynie zasygnalizowane, jak

np. sposoby wykonywania p³ytek

dwustronnych czy konstrukcja

trawiarki. Jeøeli Czytelnicy wy-

kaø¹ zainteresowanie tym tema-

Fot. 21. Potrójne przejście pomiędzy polami układu w obudowie

DIP (ścieżki 6 mils, pola lutownicze 62 mils w rozstawie 100 mils)

tem, to moøemy powrÛciÊ do

niego w†kolejnych numerach.

Marek Dzwonnik, AVT

marek.dzwonnik@ep.com.pl

- specyfikacja zamieszczona

na stronie producenta.

3.http://www.ep.com.pl/?ftp/

makepcb/index.html - artyku³

z EP

4.http://www.mantech.co.za/

kontakt/kc20man.HTM - szcze-

gÛ³owa instrukcja stosowania

Positivu

5.http://www.easy-soft.tsnet.pl/

akademia/pcb/pcbes.html -

polskie opisy wykorzystania

Positivu i folii TES-200

Odnoúniki

1. ìTechnologia i montaø p³ytek

drukowanychî, Jerzy Michal-

ski, seria USE, WNT, Warsza-

wa 1992, ISBN 83-204-1413-X

2. http://www.crceurope.com/

-> KontaktChemie

-> Positiv20

Podsumowanie

PorÛwnuj¹c rezultaty metody

termotransferowej z†minimalnymi

wymaganiami nak³adanymi przez

wiele firm zajmuj¹cych siÍ pro-

dukcj¹ p³ytek drukowanych, ³at-

wo ulec z³udnemu wraøeniu,

øe†oto w†amatorskim rÍku mamy

narzÍdzie doskona³e. Nie traÊmy

jednak zdrowego rozs¹dku. Gra-

niczne moøliwoúci profesjonalis-

tÛw siÍgaj¹ znacznie dalej, a†sta-

wiane ograniczenia maj¹ zagwa-

rantowaÊ niemal 100% bezb³Íd-

noúÊ i†powtarzalnoúÊ wykonania

Fot. 22. Fragment płytki testowej i zamontowanego układu scalo−

nego w obudowie TQFP208 z wyprowadzeniami w rastrze 0,5 mm

Fot. 20. Pojedyncze (12 mils)

i podwójne (8 mils) przejście

pod obudową SOT−23

Fot. 23. Złącze ISP na podstawce uruchomieniowej opisane

(warstwa Top Overlay ) metodą termotransferową z oderwa−

niem papieru na gorąco. Wzdłuż górnej krawędzi widoczny

zarys sprężystych szpilek testowych produkowanych przez Q&A

rozmieszczonych w rastrze 100 mils. Całkowita wysokość zna−

ków wynosi 60 mils

Elektronika Praktyczna 8/2003

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: